一种微波吸收涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种微波吸收涂层及其制备方法，属于材料表面处理技术领域。该微波吸收涂层包括金属粘结层和陶瓷工作层。陶瓷工作层覆盖于金属粘结层的一侧；金属粘结层的远离陶瓷工作层的一侧用于覆盖于基体的表面。该涂层中陶瓷工作层的结构致密，厚度呈梯度变化，耐环境性好。微波吸收涂层不仅对高功率和高频率的微波具有良好的吸收效果，而且还具有优异的抗高温氧化和耐腐蚀性能。制备方法包括：采用不同的超音速等离子喷涂条件喷涂金属粘结层和陶瓷工作层。该方法简单可靠，制备效率高，生产成本低，对环境污染小。

【技术实现步骤摘要】
一种微波吸收涂层及其制备方法
本专利技术属于材料表面处理
，且特别涉及一种微波吸收涂层及其制备方法。
技术介绍
微波是指频率为300MHz-300GHz，波长在0.1mm-1m米之间的电磁波，其频率比一般的无线电波频率高。微波最重要应用是雷达和通信，还可广泛的应用于加热、遥感、工业生产、农业科学、生物学、医学等诸多领域。特别的，高功率高频率的微波有望应用于核聚变反应堆，如托卡马克装置(Tokamak)的离子回旋加热系统或电子回旋加热系统内，用于制造并加热等离子体，这种等离子体受到超导磁体的挤压，进而发生聚变。然而，在高强度或长时间的微波辐射下，会严重危害人类的身体健康和其他生物体的生存环境，也会对附近的电子器件与电子设备的服役稳定性构成威胁。因此，必须减少微波引起的干扰和污染。微波吸收的基本原理是通过某种物理作用机制将微波能转化为其他形式运动的能量，并通过该运动的耗散作用而转化为热能。理想的微波吸收材料，必须具有强吸收、宽频、轻质和良好环境适应性等特点。微波吸收材料按工作原理可分为干涉型和吸收型微波吸收材料。干涉型微波吸收材料以电磁波的干涉为主，在中心频率点上入射电磁波和反射电磁波相位相反而相互抵消，但因有效频率范围较窄而限制了进一步的应用。吸收型微波吸收材料又可分为电损型和磁损型两类。通常，电损型材料吸收高频率的效果较好；而磁损型材料吸收低频更有效，且高功率高频率微波的服役环境温度容易快速升高，而绝大部分磁损型吸波材料居里温度较低，导致在高温下失去磁性，从而失去吸波性能。因此，高温服役环境中的吸波材料多采用陶瓷材料，并通过介电损耗来吸收微波。在核聚变反应堆内，吸波材料吸收微波后所产生的热量还可通过水冷结构去除，再将热量转移至热交换器，形成蒸气后进行回收利用。目前广泛研究和应用的微波吸收材料主要应用于军事装备领域，如飞机、导弹、舰船等，用于吸收和衰减雷达波，并通过与目标外形设计相结合，从而起到隐身作用。然而，微波吸收材料的研究依然主要面向传统吸波材料为主，其吸收频段范围一般是从0.72GHz到40GHz。对于新型吸波材料的研究开发仍存不足，特别是面向诸如核聚变反应堆内的高功率高频率的微波吸收材料及制备方法的关注较少。
技术实现思路
本专利技术的目的之一包括提供一种微波吸收涂层，该微波吸收涂层中陶瓷工作层的结构致密，厚度呈梯度变化，耐环境性好。微波吸收涂层不仅对高功率和高频率(100-170GHz)的微波具有良好的吸收效果，而且还具有优异的抗高温氧化和耐腐蚀性能。本专利技术的目的之二包括提供一种上述微波吸收涂层的制备方法，该方法简单可靠，制备效率高，生产成本低，对环境污染小。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：本专利技术实施例提出了一种微波吸收涂层，微波吸收涂层包括金属粘结层和陶瓷工作层。陶瓷工作层覆盖于金属粘结层的一侧；金属粘结层的远离陶瓷工作层的一侧用于覆盖于基体的表面。金属粘结层的制备原料包括NiAl或NiCr，和/或陶瓷工作层的制备原料包括Cr2O3。优选地，金属粘结层的厚度为80-150μm，和/或陶瓷工作层的厚度为100-500μm。优选地，陶瓷工作层的厚度由陶瓷工作层的第一侧到与第一侧相对的第二侧逐渐增大或缩小。更优选地，增大或缩小均呈均匀梯度变化。本专利技术还提出了一种上述微波吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：分别采用不同的超音速等离子喷涂条件喷涂金属粘结层和陶瓷工作层；金属粘结层用于喷涂于基体的表面，陶瓷工作层用于喷涂于金属粘结层的远离与基体接触的一侧的表面。本专利技术实施例中微波吸收涂层及其制备方法的有益效果包括：本专利技术较佳实施例提供的微波吸收涂层中陶瓷工作层的结构致密，厚度呈梯度分布，耐环境性好，不仅对高功率高频率的微波具有良好的吸收效果，还具有优异的抗高温氧化和耐腐蚀性能。其制备方法简单可靠，制备效率高，生产成本低，对环境污染小。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请提供的超音速等离子喷涂的微波吸收涂层喷涂搭接距离变化示意图，其中，黑色实线为奇数次喷涂轨迹，hn+1>hn>……>h2>h1；黑色虚线为偶数次喷涂轨迹；图2为本申请提供的超音速等离子喷涂的微波吸收涂层喷枪移动速度变化示意图，其中：V2＝V1+at，V1为初速度，a为加速度，t为时间；图3为本申请实施例1提供的微波吸收涂层的结构示意图；图4为实施例1制备所得的微波吸收涂层的陶瓷工作层的截面形貌图。图标：10-微波吸收涂层；11-基体；12-金属粘结层；13-陶瓷工作层。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。以下对本申请技术方案进行详细说明。本申请涉及的微波吸收涂层包括金属粘结层和陶瓷工作层。陶瓷工作层覆盖于金属粘结层的一侧。金属粘结层的远离陶瓷工作层的一侧用于覆盖于基体的表面。作为可选地，金属粘结层覆盖的基体的材质可以为不锈钢或无氧铜，其中，不锈钢例如可以为304或316等不锈钢，无氧铜例如可以为TU1或TU2等无氧铜。本申请中，金属粘结层的制备原料可以包括NiAl或NiCr，上述两种原料的热膨胀系数介于基体与陶瓷工作层之间，在喷涂陶瓷层之前先喷涂一层金属粘结层，有利于改善陶瓷工作层与基体之间的结合强度，避免由于陶瓷涂层的热物理性能和力学性能与金属基体存在着较大的差异而在喷涂过程中产生大的热应力。优选地，包覆型NiAl粉末在喷涂过程中的放热反应可显著增强涂层结合强度且具有较好的抗氧化性，适宜于在较高温度环境中长时稳定的工作；NiCr合金粉末所制备粘结层则兼具优异的抗高温氧化性能及耐腐蚀性能。陶瓷工作层的制备原料例如可以包括Cr2O3。将Cr2O3作为陶瓷工作层的原料，能使微波能快速转化为热能，其原因可能在于Cr2O3具备较高的介质损耗因数，且密度较小，其力学性能、高温稳定性和耐化学腐蚀性能优良，具有其他微波介质损耗材料(如铁氧体或复合金属粉末)无法相比的耐环境性，具有在较高服役温度下成为面向高功率高频率(100-170GHz)微波吸收涂层的应用前景。本申请中，金属粘结层的厚度可以为80-150μm，例如80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或150μm，也可以为85μm、95μm、105μm、115μm、125μm、135μm或145μm。当然，也可以为80-150μm范围内的任一厚度值。陶瓷工作层的厚度可以为100-500μm。值得说明的是，本申请中陶瓷工作层的厚度并非为等厚，其厚度是由陶瓷工作层的第一侧到与第一侧相对的第二侧逐渐增大或缩小，也即陶瓷工作层远离金属粘结层的一侧的表面到金属粘结层的距离由陶瓷工作层的一侧到与其相对的另一侧逐渐增大或缩小；除此之外，也可以理解为陶瓷工作层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波吸收涂层，其特征在于，所述微波吸收涂层包括金属粘结层和陶瓷工作层；所述陶瓷工作层覆盖于所述金属粘结层的一侧；所述金属粘结层的远离所述陶瓷工作层的一侧用于覆盖于基体的表面；所述金属粘结层的制备原料包括NiAl或NiCr，和/或所述陶瓷工作层的制备原料包括Cr2O3。

【技术特征摘要】
1.一种微波吸收涂层，其特征在于，所述微波吸收涂层包括金属粘结层和陶瓷工作层；所述陶瓷工作层覆盖于所述金属粘结层的一侧；所述金属粘结层的远离所述陶瓷工作层的一侧用于覆盖于基体的表面；所述金属粘结层的制备原料包括NiAl或NiCr，和/或所述陶瓷工作层的制备原料包括Cr2O3。2.根据权利要求1所述的微波吸收涂层，其特征在于，所述金属粘结层的厚度为80-150μm，和/或所述陶瓷工作层的厚度为100-500μm。3.根据权利要求1所述的微波吸收涂层，其特征在于，所述陶瓷工作层的厚度由所述陶瓷工作层的第一侧到与所述第一侧相对的第二侧逐渐增大或缩小。4.根据权利要求3所述的微波吸收涂层，其特征在于，所述陶瓷工作层的厚度的增大或缩小均呈均匀梯度变化。5.根据权利要求1所述的微波吸收涂层，其特征在于，所述陶瓷工作层的孔隙率小于2％。6.如权利要求1-5任一项所述的微波吸收涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：分别采用不同的超音速等离子喷涂条件喷涂所述金属粘结层和所述陶瓷工作层；所述金属粘结层用于喷涂于基体的表面，所述陶瓷工作层用于喷涂于所述金属粘结层的远离与所述基体接触的一侧的表...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨焜，刘敏，牛少鹏，邓子谦，张小锋，毛杰，宋进兵，邓春明，邓畅光，周克崧，
申请(专利权)人：广东省新材料研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44